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一、 項目簡介
1. 項目實施地及行業背景
benxiangmudeshiyongfangweitaiyuangangtieyouxiangongsirelianzhachang，taiyuangangtieyouxiangongsiweiyushanxishengtaiyuanshijiancaopingqu，shiwoguozuidadetezhonggangshengchanjidi，qizhuyingdebuxiugang、矽鋼等產品的市場占有率目前在國內居於領先地位。
2. 項目簡要工藝
本項目應用於太鋼熱連軋步進式加熱爐。項目實施後，實現了傳動控製、燃燒控製的全自動化操作。傳動控製的功能是：實現機械電氣設備的自動化操作、包括裝出料輥道、裝出鋼設備、步進機械等。燃燒控製的功能是：實現溫度的精確控製、改善了爐膛氣氛、溫度場的分布。達到了從溫度、流量、壓力控製的整體係統的穩定，適應了太鋼生產節奏快、鋼種多、加熱製度複雜的要求。
3. 新舊係統的對比，及項目中使用的西門子自動化產品的型號、數量、類型、控製對象。
舊項目使用西屋（WESTHOUSE）公司的WDPF控製係統，此係統分為DPU及MAC兩部分，其中DPU用於加熱爐的燃燒控製、MAC係統用於加熱爐的機械電氣設備的控製。舊項目控製係統使用近十年之久，由於硬件老化、軟件升級困難，使得故障率增加，影響了生產的正常運行。隨著近幾年加熱理論的不斷發展、新的燃燒技術已經大規模地應用，生產全自動化操作理念已日益深入人心。由於受到舊有係統在硬件、軟件方麵的限製，新的技術、理念無法實施。
本項目中，有三座加熱爐屬改造、一座新建。共使用了共9套S7-400型PLC。型號為：6ES7416-2XK02-0AB0。每座加熱爐使用兩套PLC分別作為傳動控製、及燃燒控製，另有一套作為公用輔助設備的傳動控製，取代原有的DPU及MAC係統。
本項目實施前，舊係統共用20麵控製櫃。項目實施後，在沒有減少輸入輸出點的情況下，新係統隻使用8麵控製櫃。新硬件的使用，使得控製的精度、及處理的速度有了進一步的提升。西門子軟件開發係統的支持，也使得一些新技術實現成為現實。
4. 以下為已經投產的照片。其中圖A中所示為正在將冷坯裝入爐內的情形，圖B中所示為正在將加熱後的鋼坯出爐時情形：
圖A
圖B
二、 控製係統構成
1. 在本項目中每座加熱爐由於控製對象、實現功能的劃分、各配置兩套PLC分別用於傳動控製、燃燒控製。每套PLC均由主機架部分與遠程ET200分站組成。主機架均配置以太網卡與二級計算機及HMI服務器進行通訊。各傳動PLC與公共PLC間有大量的信號進行交換，為了減少以太網的通訊負擔，保證信號的實時性，所以各傳動PLC與公共PLC采用MPI網絡進行通訊。由於遠程設備多、且有些遠程設備在地理位置上比較集中，采用CPU通過PROFIBUS與遠程ET200通訊的結構既能保證了係統整體快速響應，又能大大降低布線成本，是一個性價比極為合理的解決方案。
2. 以公共PLC的硬件配置圖為例，其它的硬件配置不在此贅述：
公共PLC硬件配置圖如圖1：
圖1
本項目的係統網絡結構圖如圖2：
在本係統網絡結構中，公共PLC及燃燒PLC與二級服務器的通訊能通過以太網進行，采用的協議類型為TCP/IP。公共PLC根據從二級服務器接收到電文再將其通過MPI網絡分發給各傳動PLC。這樣做的目的是減少以太網的負荷，保證傳動PLC與二級服務器通訊接口的統一性。燃燒係統各PLC單獨與二級服務器通訊，單獨接受來自二級服務器的電文。HMI係統采用SERVER/CLIENT構架，傳動及燃燒PLC與HMI服務器單獨通訊，各CLIENT再與HMI服務器單獨通訊。這樣做的目的同樣也是減少網絡的負荷，更能節省投資，減少在使用中的維護量。
圖2
在實際生產中的監視畫麵如圖3所示：
圖3
3. 以上的硬件配置、網絡結構是與使用方幾經討論形成的。保證了係統整體的快速響應、較少的網絡負荷、投資的經濟性，這是一個較優的配置方案。
三、 控製係統完成的功能
1. duiyubujinshijiarelueryan，bujinjigoudekongzhishiqizhongdeyigenandian。tayaoqiukongzhixitongnenggoupingwenshixiangangpizailuneideyunshu，bimianduijixiejigouzaochengchongji。zhejiuyaoqiukongzhixitongnenggoukuaisuxiangyinglaizichuanganqidexinhao。youyuxiandaigongchangxianchangkongzhiyuelaiyuefuza，zhejiushidePLC必須具備強大的邏輯及浮點計算能力、豐富的尋址方式、完整的與上位機通訊的協議、完善的數學函數功能。隻有這樣的PLC才能夠完成滿足當前工廠控製對象的要求。本項目使用的西門子S7-400的416型PLC滿足了這樣了要求，在傳動控製的使用中成功實現了步進機構的平穩、準zhun確que控kong製zhi，坯pi料liao在zai輥gun道dao上shang的de精jing確que數shu據ju跟gen蹤zong。在zai燃ran燒shao控kong製zhi的de使shi用yong中zhong利li用yong其qi強qiang大da的de浮fu點dian計ji算suan能neng力li及ji完wan善shan的de數shu學xue函han數shu功gong能neng成cheng功gong實shi現xian了le全quan自zi動dong化hua燃ran燒shao。利li用yongSIEMENS 在 STEP7中現有的通訊模塊實現了與公共PLC及燃燒PLC與二級計算機的TCP/IP通訊。
2. 項目實施中的難點及解決方案：
在短時間內實現新舊係統的更新，是本項目實施中麵臨的最大難點。在項目的準備前期，對新硬件係統進行了盡可能多的硬件測試、及軟件模擬，對軟件的在線調試作了充分的準備。在舊係統停用後的短期內，實現了硬件係統的快速替代布署。
在項目的實施中由於傳動PLC之間采用MPI通訊，筆者在第一次項目實施中采用SIEMENS STEP7的de程cheng序xu庫ku自zi帶dai的de程cheng序xu塊kuai進jin行xing通tong訊xun。但dan在zai使shi用yong中zhong發fa現xian利li用yong程cheng序xu塊kuai的de方fang式shi並bing不bu穩wen定ding，每mei次ci在zai硬ying件jian配pei置zhi後hou都dou會hui出chu現xian不bu明ming原yuan因yin的de中zhong斷duan。由you於yu項xiang目mu實shi施shi周zhou期qi短duan，根gen本ben沒mei有you時shi間jian進jin行xing原yuan因yin的de查zha找zhao，故gu障zhang診zhen斷duan分fen析xi。由you於yu西xi門men子zi提ti供gong了le全quan局ju變bian量liang的de通tong訊xun方fang式shi，並bing且qie其qi硬ying件jian方fang式shi也ye是shi利li用yongMPI網絡。筆者拋棄第一種方案，最終采用全局變量進行傳動PLCjiandetongxun。shishizhengmingzhezhongfanganjiandanyixingqiexiangdangkekao。quanjubianliangdetongxunfangshigengduoyilaiyuyingjianpeizhi，buxudandubiancheng，duiyutongxundebianliangkezhijieyinyong，bingqiequanjubianliangdeyingjianpeizhidexiazaikeyizaixianjinxing，PLC不需重啟。
全局變量的配置的部分界麵如圖四所示：
圖四
在項目投入生產時由於通訊數據量的增加，逐漸暴露了一些在通訊測試、設備調試中未出現的問題。PLC與二級服務器的通訊會經常發生PLC發送報文丟失的現象。經仔細閱讀通訊文檔，發現發送的通訊程序塊並不能在一個CPU的de掃sao描miao周zhou期qi內nei完wan成cheng，筆bi者zhe著zhu手shou修xiu改gai了le程cheng序xu，報bao文wen丟diu失shi的de現xian象xiang大da大da改gai善shan。試shi運yun行xing一yi段duan時shi間jian後hou仍reng然ran有you報bao文wen丟diu失shi的de現xian象xiang發fa生sheng，不bu過guo發fa生sheng的de頻pin率lv已yi經jing相xiang當dang少shao。但dan由you於yu生sheng產chan要yao求qiu通tong訊xun的de絕jue對dui良liang好hao，筆bi者zhe在zai仔zai細xi排pai查zha生sheng產chan中zhong的de人ren為wei因yin素su、chengxuyutongxunwendangdefeiyizhixingdeganrao，zuizhongrendingqizhongdeyuanyinkenenghaizaitongxunkuaideteshushiyongxingshang，qizhongdeyixietexingbingweizaiwendangzhongtixianchulai。bizhezhushoujinxingletongxunceshi，faxianfasongtongxunchengxukuaibunengzaitongyisaomiaozhouqineixiangtongyiduankoufasongliangtiaoyishangdianwen，qizhongdiyitiaohoudedianwendoujiangdiushi。bizhemashangxiugailechengxu，jiangfasongdedianwenjinxingyanshi、排隊處理，經修改後運行良好，徹底解決了與上位機的通訊問題。
3. 其中圖五所示：上部為工藝管道，下部為脈衝燃嘴，是典型的工藝設備。圖六為輸送冷坯輥道組，是工業爐的主要設備之一。
圖五
圖六
四、 項目運行
項目中的改造部分及新建部分從2005年10月份正常投入以來運行穩定，實現了在傳動控製、燃燒控製的全自動化操作，盡量減少了設備操作對人的依賴，減輕了工人勞動強度。本項目大大降低了故障率，減少了解決故障的時間、保證了生產的連續、正常運行，已經取得良好的經濟效益，受到了客戶的好評。
五、 應用體會
本ben項xiang目mu實shi施shi時shi間jian短duan，使shi用yong方fang要yao求qiu在zai十shi二er天tian時shi間jian內nei實shi現xian爐lu區qu控kong製zhi係xi統tong達da到dao正zheng常chang生sheng產chan狀zhuang態tai，由you於yu控kong製zhi係xi統tong的de帶dai設she備bei調tiao試shi必bi須xu等deng到dao設she備bei本ben體ti完wan畢bi後hou才cai能neng進jin行xing，事shi實shi上shang的de控kong製zhi係xi統tong調tiao試shi時shi間jian隻zhi有you數shu天tian之zhi久jiu。9套PLC係統調試完畢，在數天之內投入生產其難度可想而知。但由於西門子S7-400係列PLC強大的功能，其與其編程係統STEP7dejiehe，weizidonghuakongzhitigonglewanmeidejiejuefangan。zaichengxushejideguochengzhong，bizheshizhongbingchijiegouhuabianchengdelinian，zhuiqiuchengxukongzhiliuchengdexianxinghua，jichengxudejingtaishuxiejiegouyudongtaizhixingshunxudeyizhixing。youyuchengxuliangjida，zhezhongzuofazengjialechengxudekeduxing，bianyulijie、調試、測ce試shi和he排pai錯cuo。針zhen對dui項xiang目mu控kong製zhi對dui象xiang自zi身shen的de特te點dian，由you於yu不bu同tong加jia熱re爐lu雖sui然ran有you各ge個ge不bu同tong的de細xi節jie特te點dian，但dan其qi中zhong的de大da部bu分fen控kong製zhi對dui象xiang控kong製zhi特te點dian類lei似si。筆bi者zhe對dui有you共gong性xing的de對dui象xiang進jin行xing了le抽chou象xiang，封feng裝zhuang。將jiang對dui象xiang在zai程cheng序xu中zhong做zuo成cheng單dan獨du的de程cheng序xu塊kuai，並bing在zai此ci程cheng序xu塊kuai中zhong使shi用yong隻zhi與yu其qi相xiang關guan的de獨du立li的de數shu據ju塊kuai。做zuo到dao了le在zai單dan一yi的deCPU中，使其與外部的對象的通訊以接口的方式來進行。從而在本CPU中實現程序塊的對象化，在不同的CPU中實現了程序的跨控製器平台的移植。實現了程序在結構上的獨立性，提高了程序的複用性。幸運的是S7-400及其開發平台STEP7完全支持以上的操作。這一做法大大加快了軟件開發的進程，降低了調試的難度。總之S7-400係列PLC及其軟件開發環境向使用者提供了一個具備一流的硬件基礎、界麵友好、操作方便的自動化開發平台。用戶應盡可能利用其強大的功能，為項目的順利實施提供有力的保障。
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